王志峰
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徐斌
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张书姣
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朱丽楠
,
周兵
表面技术
doi:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.017
目的 研究具有选择性键合作用的掺杂金属元素(Cu、Al、Ti)对类金刚石(DLC)薄膜的结构和摩擦学性能的影响.方法 以高纯石墨及其与金属复合靶作为靶材,采用离子源镀膜技术分别在n-型(100)单晶硅片和抛光304不锈钢片基体上制备金属-DLC复合膜.采用514.6 nm氩离子激发源的Raman光谱仪,对金属-DLC复合薄膜进行拉曼光谱分析.采用努氏硬度计和表面轮廓仪测量计算薄膜的硬度和残余应力.采用原子力显微镜(AFM)观察DLC薄膜的表面形貌和结构.使用球-盘滑动磨损试验机对DLC复合薄膜进行摩擦学性能分析.结果 类金刚石薄膜中掺入不同金属元素掺杂后,摩擦系数保持相对稳定,但磨损率存在较大差异.无掺杂DLC膜中的sp3键含量最高,薄膜硬度高,残余应力大,在摩擦过程中易脱落.Ti-DLC金属复合膜的表面质量最好,结构致密,残余应力释放的同时保持较高的硬度,测得其磨损率最低,为0.13×10-15 m3/nm.结论 通过在DLC膜中掺杂不同键合能力的金属元素能够调控DLC薄膜的微观结构,改善薄膜的力学性能(硬度、残余应力),提高薄膜的抗磨损性能.薄膜的摩擦学性能与薄膜的微观结构与金属掺杂元素的存在形态有关.
关键词:
金属掺杂
,
类金刚石薄膜
,
硬度
,
残余应力
,
摩擦学性能
,
多相结构
